Nguyễn Văn Dũng


1 Đồ án tốt nghiệp

Lời nói đầu

Trong bối cảnh n-ớc ta hiện nay là một n-ớc đang phát triển, cơ sở hạ tầng
ngày càng đ-ợc xây dựng và hoàn thiện. Trong thực tế các công trình xây dựng lớn
hiện nay thì việc gia cố nền móng là rất quan trọng. Cấu tạo của nền sau khi đào,
đắp, đầm th-ờng không đồng nhất và khả năng chịu áp lực nhỏ; vì vậy trong công
tác xây dựng nhà cao tầng (mang tính vĩnh cửu) và xây dựng cầu, đập n-ớc, ống
khói, v.v ng-ời ta phải xử lý móng. Một trong các cách xử lý nền móng vừa kinh
tế lại vừa đảm bảo độ bền vững của công trình là dùng ph-ơng pháp đóng cọc. Cọc
dùng để đóng có thể là cọc tre, gỗ, hoặc cọc thép, cọc bê tông-cốt thép, cọc
cát Trong điều kiện hiện nay thì cọc bê tông-cốt thép đ-ợc sử dụng rộng rãi nhất
vì có nhiều -u điểm hơn các loại cọc khác. Đó là điều kiện áp dụng không phụ
thuộc vào tình hình mực n-ớc ngầm (tuy nhiên khi dùng cọc ở những nơi n-ớc
mặn thì phải chú ý tới hiện t-ợng ăn mòn cốt thép trong cọc) giá thành của cọc nhỏ
hơn nhiều so với cọc thép, sức chịu tải của cọc cao Hầu hết các công trình hiện
nay đều dùng cách gia cố nền móng bằng cọc. Chính vì vậy việc xuất hiện những
máy mới nhằm thực hiện công tác thi công cọc là rất quan trọng.
Xuất phát từ yêu cầu đó trong lần làm đồ án tốt nghiệp này em đã đ-ợc giao
nhiệm vụ tìm hiểu về loại máy mới trong việc thi công cọc làm nền móng. Ngoài ra
là việc tính toán thiết kế một số cơ cấu của máy trong quá trình làm việc. D-ới sự
h-ớng dẫn và chỉ bảo tận tình của các thầy giáo trong khoa, đặc biệt là thầy giáo :
-Th.s. L-u Đức Thạch
Cùng với sự cố gắng của bản thân trong quá trình tính toán thiết kế, và các
yêu cầu về thực tế em đã cố gắng để có thể đ-a máy vào chế tạo đ-ợc.
Nguyễn Văn Dũng

2 Đồ án tốt nghiệp
Do trình độ và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế còn quá ít, việc tìm tài
liệu thiết bị còn hạn chế nên trong quá trình tính toán thiết kế không tránh khỏi
thiếu sót. Vì thế em rất mong đ-ợc sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy giáo để sau này
trong thực tế khỏi bỡ ngỡ, và có thể vận dụng tốt những kiến thức đã học vào trong
thực tế.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy.

Hà Nội, ngày tháng năm 2004
Sinh viên

Nguyễn Văn Dũng









Nguyễn Văn Dũng


3 Đồ án tốt nghiệp
Phần I
Công nghệ và thiết bị sản xuất
Ch-ơng I
Lựa chọn ph-ơng án

Theo các ph-ơng pháp hạ cọc thì có nhiều cách để hạ cọc xuống nền đất
nh-:
Hạ cọc bằng búa (va đập tạo lực xung kích ).
Hạ cọc bằng xối n-ớc.
Hạ cọc bằng ph-ơng pháp xoắn.
Hạ cọc bằng máy chấn động (gây rung ).
Cọc tạo bởi khoan nhồi.
Hạ cọc bằng lực tĩnh (ép thủy lực ).
Ngoài ra còn có cách kết hợp các ph-ơng pháp : va-rung, rung ép
Trong hệ thống máy đóng cọc đó thì những máy hạ cọc đầu tiên là búa đóng
cọc. Ph-ơng pháp này là dùng đầu búa tạo ra lực xung kích để đóng cọc xuống đất.
Loại máy này đang đ-ợc sử dụng rất rộng rãi ở n-ớc ta hiện nay. Có rất nhiều các
loại búa máy dùng để đóng cọc xuống đất: búa Điezel, búa rung, búa thủy lực. Các
máy đóng cọc cũng có tính cơ động trên công tr-ờng cao bởi chúng có thể di
chuyển đ-ợc bằng nhiều cách. Có thể kể đến đó là : máy di chuyển trên ray; máy
di chuyển trên xích; máy di chuyển bằng phao Tuy nhiên chúng có nh-ợc điểm
lớn là rất ồn ào, gây ô nhiễm môi tr-ờng, gây chấn động tới các vùng và công trình
lân cận. Ngoài ra với những máy đóng cọc sơ khai nh- vậy thì rất khó có thể kiểm
tra đ-ợc chất l-ợng cọc cũng nh- việc kiểm tra sức chịu tải của cọc trong quá trình
hạ cọc. Việc đóng cọc nh- vậy thì luôn gây ra tình trạng hỏng cọc do lực đóng
mạnh.
Nguyễn Văn Dũng


4 Đồ án tốt nghiệp
Trong các công nghệ thi công cọc hiện nay thì không thể không nói đến
công nghệ thi công cọc khoan nhồi. Cọc nhồi đ-ợc đổ bê tông tại chỗ trong các lỗ
tạo sẵn bằng ph-ơng pháp khoan. Ph-ơng pháp này tạo ra đ-ợc các cọc lớn có
đ-ờng kính cọc có thể lên đến hơn 200cm. Chiều sâu của cọc đạt tới 60m. Các loại
cọc này rất thích ứng cho các toà nhà cao tầng lớn bởi sức chịu tải của cọc lớn, có

thể chịu đ-ợc hàng chục nghìn KN. Tuy nhiên cọc cũng có nh-ợc điểm về vấn đề
khuyết tật của cọc trong quá trình thi công, ngoài ra chất l-ợng bê tông không cao
do không đ-ợc đầm chặt trong khi đổ. Thời gian để thi công cọc không phải là ít,
bao gồm thời gian khoan tạo lỗ, làm sạch hố khoan, thả cốt thép, đổ bê tông Để
có đ-ợc một cọc khoan nhồi thì còn phải kèm theo nhiều thiết bị phụ trợ khác: máy
nén khí, máy phát điện, máy bơm, thùng chứa dung dịch Bentonite Hơn nữa vấn
đề về kinh tế cũng là rất lớn cho quá trình thi công một cọc. Giá thành của cọc
khoan nhồi là rất lớn. Trong quá trình thi công vấn đề về công tác môi tr-ờng và an
toàn lao động cũng cần đ-ợc quan tâm rất nhiều. Chính vì vậy cọc khoan nhồi hiện
đang đ-ợc thi công nhiều ở những nơi có nền đất yếu và các công trình lớn.
Nội dung của đồ án này nghiên cứu một ph-ơng pháp hạ cọc mà hiện nay
đang đ-ợc dùng khá phổ biến tại các khu đô thị mới tại Hà Nội. Đó là ph-ơng pháp
hạ cọc bằng lực tĩnh (ép thủy lực). Nguyên lý làm việc của máy ép thủy lực dựa
trên cơ sở định luật Pascal. Đó là áp suất trong chất lỏng đ-ợc truyền theo mọi
h-ớng, tác động các lực bằng nhau lên các diện tích bằng nhau và thẳng góc với
vách thùng chứa .
Trên thực tế những năm gần đây thì vấn đề về truyền động thủy lực đang
đ-ợc ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực máy xây dựng bởi những -u điểm cơ bản
của hệ thống :
Dễ điều chỉnh vô cấp và tự động điều chỉnh vận tốc chuyển động của
bộ công tác ngay cả khi máy đang làm việc.
Nguyễn Văn Dũng


5 Đồ án tốt nghiệp
Cho phép đảo chiều chuyển động các bộ phận làm việc của máy một
cách dễ dàng.
Đảm bảo cho máy làm việc ổn định, không phụ thuộc vào sự thay đổi
của tải trọng ngoài.
Kết cấu gọn nhẹ, lực quán tính nhỏ, có thể đề phòng sự cố khi máy

quá tải.
Có khả năng tự bôi trơn, truyền động êm, không có tiếng ồn.
Độ tin cậy và độ bền cao.
Điều khiển nhẹ nhàng, dễ tạo dáng đẹp về kết cấu cho máy và dễ tiêu
chuẩn hoá, định hình các nhóm chi tiết do đó có thể sản suất hàng
loạt.
Tuy nhiên hệ thống thủy lực không phải là không có những nh-ợc điểm của
các cơ cấu và bộ phận :
Các chi tiết đòi hỏi phải gia công có độ chính xác và độ kín khít cao
nên giá thành đắt.
Nhiệt độ môi tr-ờng bên ngoài có ảnh h-ởng đến các thông số của
truyền dẫn thủy lực.
Yêu cầu về chất l-ợng làm việc của chất lỏng công tác rất cao.
Khó làm kín khít các bộ phận làm việc, chất lỏng công tác dễ bị rò rỉ
hoặc do không khí bên ngoài lọt vào làm giảm hiệu suất và tính chất
làm việc ổn định của bộ truyền động; do đó cần phải kiểm tra th-ờng
xuyên.
Về vấn đề truyền động thủy lực thì có hai dạng cơ bản đó là truyền động
thủy tĩnh và truyền động thủy động. Hay nói cách khác đó là : Thủy động học và
thủy tĩnh học. Thủy động học có thể gọi là khoa học của chất lỏng chuyển động,
thủy tĩnh học là khoa học của chất lỏng d-ới tác dụng của áp suất.
Nguyễn Văn Dũng


6 Đồ án tốt nghiệp
Trong thủy động thì năng l-ợng đ-ợc truyền đi nhờ tác dụng va đập của chất
lỏng chuyển động vào các bộ phận nh- : cánh quạt, hoặc các cánh quay. Nói cách
khác, chúng ta sử dụng động năng, hay năng l-ợng chuyển động của chất lỏng để
chuyển đổi thành năng l-ợng cơ học.
Trong thiết bị thủy tĩnh, năng l-ợng đ-ợc truyền đi bằng cách tác dụng lực

lên chất lỏng giới hạn. Chất lỏng phải dịch chuyển và l-u động để tạo ra sự chuyển
động, nh-ng sự chuyển động chỉ là thứ yếu đối với lực ở đầu ra. Sự chuyển đổi
năng l-ợng đ-ợc thực hiện do khối l-ợng chất lỏng chịu tác dụng của áp suất.
Dựa trên cơ sở đó ng-òi ta đã phát minh ra loại máy mới trong công nghiệp
xây dựng đó là các máy ép thủy lực. Các máy ép thủy lực là một phát minh mới
trong công nghiệp xây dựng. Đặc điểm chung của chúng là làm việc an toàn, dùng
lực ép tĩnh tạo bởi dòng chất lỏng áp suất cao để ép cọc sâu vào trong lòng đất. Ưu
điểm đặc biệt là không gây ồn, không gây ô nhiễm, chất l-ợng cọc sau thi công
cao hơn so với ph-ơng pháp dùng búa đóng cọc, giá thành thi công rẻ. Các máy
đang đ-ợc dùng phổ biến hiện nay đều dùng ph-ơng pháp hạ cọc bằng cách tạo ra
lực ép từ đỉnh cọc xuống đất. Hiện nay có hai loại máy ép cọc đang đ-ợc sử dụng
rộng rãi loại nhỏ dùng hai xilanh ép và loại lớn hơn là dùng hai hoặc bốn xilanh
ép.
Loại thứ nhất có công suất nhỏ dùng hai xilanh ép. Máy th-ờng đ-ợc sử
dụng để ép những cọc gia cố nền móng cho các nhà dân c- biệt lập. Chúng có cấu
tạo đơn giản gồm hai xilanh gắn với hai dầm nằm ngang. Đầu còn lại gắn với một
dầm ngắn khác để tì lên đầu cọc.
Lực ép của loại máy này nhỏ, cấu tạo của chúng nh- hình vẽ. Máy hoạt động nh-
sau :
- Đầu tiên các xilanh đẩy ra cho đến lúc hết hành trình, khi đó dầm ngang ép
sẽ đ-ợc đẩy lên vị trí cao nhất. Sau đó ng-ời ta sẽ đ-a cọc vào giữa của máy, từ từ
Nguyễn Văn Dũng


7 Đồ án tốt nghiệp
cho xilanh chạy co lại đến vị trí mà có thể điều chỉnh đ-ợc vị trí ép của cọc. Sau
khi đã định vị đ-ợc cọc vào đúng vị trí nh- thiết kế thì cho xilanh co lại đến hết
hành trình. Xilanh đã hết hành trình thì lại cho chạy ng-ợc lại vị trí cao nhất ban
đầu. Sau đó ng-ời ta đ-a tiếp đoạn cọc khác vào vị trí giữa của máy. Dùng ph-ơng
pháp hàn để hàn nối các đoạn cọc dó lại và tiếp tục lặp lại quá trình ép nh- trên. Để

ép đoạn cọc cuối cùng xuống sát mặt đất thì ng-ời ta dùng một đoạn cọc khác đặt
vào vị trí ép đó và ép sát đất. Loại máy này chỉ có thể ép đ-ợc những đoạn cọc có
chiều dài lớn nhất là 3m và toàn bộ chiều dài của cọc sau khi hàn là < 10m.
Gia tải cho máy trong quá trình ép là sử dụng những mũi neo để neo trong
đất. Để ép đ-ợc một cọc thì phải dùng đến 8 mũi neo, mỗi mũi neo có chiều dài là
5m. Máy loại nhỏ này thì không có thiết bị dùng để dẫn h-ớng cho cọc trong quá
trình ép. Chúng th-ờng dùng máy nổ để hoạt động bơm thủy lực trong khi làm
việc. Kích th-ớc tiết diện của cọc khi ép bằng máy ép này là 20*20cm.
4000
2300
900
2300
2500
3000
1
2
3
4
5
6
7

Hình 1 - Máy ép thủy lực loại nhỏ
1-Máy nổ ; 2-Bơm thủy lực ; 3-Dầm ngang ép cọc ; 4-Xilanh ép (2 xilanh) ;
5-Dầm dọc giữ xilanh ; 6-Dầm ngang gia tải ; 7-Mũi neo gia tải.
Nguyễn Văn Dũng


8 Đồ án tốt nghiệp
Loại máy ép thủy lực thứ hai dùng để ép hiện nay là loại máy có công suất

lớn. Chúng đang đ-ợc sử dụng nhiều ở các khu xây dựng khu đô thị mới. Đặc điểm
của chúng là có thể ép đ-ợc các cọc có kích th-ớc lớn:dài tới 10m, tiết diện của
cọc lên tới 40*40cm. Lực ép của máy đạt đ-ợc là 70 tấn. áp suất làm việc khi ép
của hệ thống là 250 at. L-u l-ợng thủy lực của hệ thống: Q = 310 (l/ph). Công suất
của động cơ điện: N = 30 KW. Tổng chiều dài cọc ép là 40m (4 đoạn cọc ). Hành
trình của xilanh là 1,65 1,8 m. Các loại máy này sử dụng hai hoặc bốn xilanh để
ép cọc. Cấu tạo máy nh- hình vẽ.
Hoạt động của máy nh- sau : Tr-ớc tiên các xilanh sẽ co lại hết hành trình,
khi đó toàn bộ phần khung định vị dẫn h-ớng cọc sẽ đ-ợc đẩy lên vị trí cao nhất
nhờ việc khung định vị đ-ợc liên kết với bốn xilanh ép. Cọc sẽ đ-ợc cẩu đ-a vào
trong khung dẫn h-ớng bằng một cần cẩu phục vụ khác. Việc điều chỉnh cọc vào
đúng vị trí thiết kế sẽ do con ng-ời đảm nhiệm, ng-ời ta sẽ điều chỉnh cọc vào vị
trí cần thiết. Sau đó có một ng-ời khác ở trên sẽ đút chốt giữ cọc vào khung định
vị. Chốt đó có tác dụng để tạo ra điểm tì vào đầu cọc trong quá trình ép. Các xilanh
ép đựơc điều chỉnh để từ từ đẩy ra và đẩy khung ép đi xuống d-ới cho đến khi hết
hành trình của xilanh. Các xilanh hết hành trình sẽ co lại vị trí ban đầu và cũng đ-a
khung ép về vị trí cũ. Đoạn cọc tiếp theo sẽ đ-ợc cần cẩu cẩu vào trong khung và
đ-ợc hàn với đoạn cọc tr-ớc đó. Xilanh lại tiếp tục đi xuống và bắt đầu lặp lại chu
trình đó. Máy này có thể thực hiện đ-ợc việc ép đoạn cọc cuối cùng sát đất mà
không cần đoạn cọc khác nhờ vào khung ép của máy. Nh- vậy bốn xilanh ép sẽ
đồng thời hoạt động trong quá trình làm việc.
Trong toàn bộ quá trình ép thì việc dẫn h-ớng cho cọc là nhờ vào khung ép.
Tuy nhiên kích th-ớc của khung ép này là không thay đổi đ-ợc đối với một máy.
Nh- vậy khi cần ép những cọc mà có kích th-ớc nhỏ hơn thì việc dẫn h-ớng cho
cọc là không còn chính xác và cọc không thể xuống đ-ợc đúng vị trí mong muốn.
Các loại máy này đ-ợc gia tải bằng các khối bê tông đặt trên hai dầm nằm dọc.
Các khối bê tông này đ-ợc chất lên hai dầm đó tạo thành phần chân đế của máy.
Nguyễn Văn Dũng



9 Đồ án tốt nghiệp
Sức ép của máy là 70 tấn , nh- vậy ng-ời ta sẽ phải dùng đến 40 khối bê tông. Nh-
vậy với mỗi cọc ép khác nhau thì phải di chuyển máy một lần và đồng nghĩa với
việc phải chuyển 40 khối bê tông đó một lần. Máy đựơc di chuyển bằng một cần
cẩu. Cần cẩu đó cũng sử dụng luôn trong việc cẩu cọc vào vị tri ép. Nh- vậy với
loại máy ép này thì luôn phải có một cần cẩu th-ờng trực để có thể giúp máy hoạt
động đuợc. Thời gian để ép đ-ợc một cọc là không nhỏ bởi việc di chuyển và lắp
đặt máy tr-ớc khi thực hiện quá trình ép. Do đó tính năng của loại máy này là
không cao trong quá trình sử dụng máy.
7000
2300
6000
7000
1
2
3
45
61112 8
9
10
7

Hình 2-Máy ép thủy lực loại lớn 4 xilanh ép.
1-Dầm dọc ; 2-Gia tải ( bêtông ) ; 3-Cọc ; 4-Khung thép định vị,dẫn h-ớng cho cọc; 5-
Khung máy ; 6-Chốt giữ cọc khi ép ; 7-Dầm ngang ; 8-Các xilanh ép ( 4 xilanh ) ; 9-Chốt định vị
; 10-Chốt liên kết ; 11-Bơm thủy lực ; 12-Máy biến áp
Nguyễn Văn Dũng


10 Đồ án tốt nghiệp

7000
6000
7000
7
4
3
2
1
6
5
12 11
10
9
8

Hình 2-Máy ép thủy lực loại lớn 2 xilanh ép.
1-Dầm dọc ; 2-Gia tải ( bêtông ) ; 3-Cọc ; 4-Khung thép định vị,dẫn h-ớng cho cọc; 5-Khung
máy ; 6-Chốt giữ cọc khi ép ; 7-Dầm ngang ; 8-Các xilanh ép ( 4 xilanh ) ; 9-Chốt định vị ;
10-Chốt côn ; 11-Bơm thủy lực ; 12-Máy biến áp

Ngoài ra trong lúc bắt đầu quá trình ép cọc thì cần phải có ng-ời điều chỉnh
cọc vào đúng vị trí cần ép cọc. Nh- vậy sẽ không đảm bảo vấn đề an toàn lao động
trong khi thi công.











Nguyễn Văn Dũng


11 Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG II
Nội dung đồ án

I Giới thiệu máy thiết kế
Trên cơ sở đó nội dung chính của đồ án này là nghiên cứu 1 loại máy ép mới
hiện nay cũng dựa trên ph-ơng pháp dùng lực ép tĩnh. Đó là loại máy hạ cọc mới
trong nghành công nghiệp xây dựng hiện nay. Loại máy này rất phù hợp với các
công trình xây dựng ở những khu thành thị đông đúc nhờ vào tính linh hoạt và
nhanh nhạy của máy. Hiện nay loại máy này đang đ-ợc sử dụng cụ rất phổ biến ở
Trung Quốc. Máy sử dụng lực tĩnh mạnh đ-ợc sinh ra bởi dầu áp lực cao để đ-a
cọc vào trong đất 1 cách dễ dàng mà không gây chấn động mạnh. Mọi thao tác của
máy nh- : nâng cọc, chuyển, giữ bàn kẹp, di chuyển máy đều đ-ợc thực hiện
bằng thủy lực. Máy có thể nén đ-ợc nhiều loại cọc có hình dáng và kích th-ớc
khác nhau : cọc vuông, cọc tròn, cọc thép chữ H tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật.
Kích th-ớc của cọc : vuông : 0.3*0.3m-0.5*0.5m, tròn : 0.3m-0.5m
Chất l-ợng của cọc ép luôn đ-ợc đảm bảo vì trong quá trình ép sẽ kiểm tra
cọc. Tỷ lệ thành công của cọc là 100%. Cọc sẽ đạt đ-ợc chất l-ợng cao và giảm
đ-ợc nhiều chi phí sản xuất. So với các ph-ơng pháp ép trên hoặc trong quá trình
đóng cọc thì cọc đạt đựoc chất l-ợng cao hơn rất nhiều. Các ph-ơng pháp trên đều
dùng lực tác dụng vào cọc từ phần đỉnh cọc nh- vậy ứng suất cục bộ phát sinh
trong cọc là rất lớn. Còn trong ph-ơng pháp này thì dùng lực ép vai để tạo lực ép
bởi vậy không xuất hiện ứng suất cục bộ tại phần đỉnh cọc. Máy này là thiết bị hữu
ích nhất cho các dự án lớn và cấp bách. Hoạt động của máy êm và phạm vi làm

việc của máy rộng vì nó hoàn toàn đ-ợc điều khiển bằng thủy lực và có thể tự di
chuyển đ-ợc trên công tr-ờng. Lực ép cọc đ-ợc tạo ra là rất lớn. Và một đặc điểm
rất quan trọng của máy mà có nhiều ng-ời quan tâm đó là máy có thể ép đ-ợc cọc
Nguyễn Văn Dũng


12 Đồ án tốt nghiệp
nghiêng từ 0
o
đến 5
o
. Điều này rất quan trọng vì trong thực tế hiện nay việc ép
cọc nghiêng là rất khó khăn.
Những đặc điểm của máy :
1. Không bị rung lắc, không có khí thải và độ ồn thấp trong quá trình
làm việc. ít ảnh h-ỏng tới môi tr-ờng xung quanh và đến các công
trình phụ cận xung quanh. Độ ồn của máy < 90 dB.
2. Làm việc an toàn và ổn định : Trong quá trình làm việc cọc có thể
đ-ợc đặt chính xác đúng vị trí bởi một cần trục (cần cẩu). Sau đó
đ-ợc kẹp thẳng đứng bằng xilanh kẹp và đ-ợc ép xuống đất một cách
êm nhẹ cho đến khi đạt đ-ợc sức chịu tải thiết kế.
3. Chất l-ợng tin cậy : Hai cặp má kẹp (ở hai vị trí trên và d-ới) kẹp cọc
và định vị cọc ở vị trí ép mong muốn. Thêm nữa lực ép cọc đ-ợc thể
hiện thông qua áp suất dầu của hệ thống thủy lực, do đó có thể nâng
cao tỷ lệ thành công khi ép. (ép bằng ph-ơng pháp định vị ba điểm
tạo thành một đ-ờng thẳng ).
4. Năng suất của máy cao : Máy có thể tự di chuyển trên công tr-ờng và
ép đ-ợc 180m-300m cọc trong 1 ca làm việc ( 8 giờ ).
5. Kết cấu máy linh động : Máy đ-ợc thiết kế để quá trình lắp dựng, vận
chuyển và tháo lắp dễ dàng. Bộ phận má kẹp có thể thay đổi đ-ợc để

phù hợp với các loại cọc có hình dáng khác nhau.




Nguyễn Văn Dũng


13 Đồ án tốt nghiệp
II kết cấu và qúa trình hoạt động của máy
A - KếT cấu máy ép
Các kết cấu chính của máy đ-ợc thể hiện nh- trên hình vẽ 3
12100
8000
10000
4000
2800
4000
3200
4000
6000
7000
12
1
2
3
4
5
6
7

8
9
10
11
Hình 3 - Kết cấu chính của máy ép thủy lực 500 tấn
1-Xilanh nâng hạ máy; 2-Dầm chính; 3-Cabin điều khiển chính; 4-Giá ép;
5-Xilanh ép; 6-Cọc ép; 7-Cần trục; 8-Gia trọng;
9-Cặp chân đế di chuyển ngang; 10-Cặp chân đế di chuyển dọc; 11-Thân máy; 12 Cỗu thang.
Ng-ời điều khiển ngồi trong cabin điều khiển chính 3. Toàn bộ bộ phận
chính của hệ thống thủy lực đ-ợc đặt d-ới cabin 3. Thân máy 11 đ-ợc đặt ở giữa
Nguyễn Văn Dũng


14 Đồ án tốt nghiệp
máy liên kết với dầm chính 2 bằng liên kết khớp, điều đó cho phép máy có thể ép
đ-ợc cọc nghiêng và nó là đặc điểm mà nhiều ng-ời sử dụng quan tâm. Giá ép 4
lắp trên thân máy 11 và nó cũng đ-ợc đặt chính giữa máy và là bộ phận quan trọng
nhất của máy. Cần trục 7 có một cabin cho ng-ời ngồi điều khiển thứ 2. Cần trục
này có nhiệm vụ cẩu cọc để đ-a vào khoang trống trong giá ép 4 (khe hở giữa các
má kẹp). Máy gồm có hai dầm chính 2 liên kết với nhau. Mỗi đầu dầm có liên kết
với các xilanh nâng hạ máy 1 (gồm 4 xilanh). Có hai cặp chân đế di chuyển máy
nằm ở cạnh máy. Cặp chân đế di chuyển ngang có tác dụng di chuyển máy theo
ph-ơng ngang và cặp chân đế di chuyển dọc sẽ di chuyển máy theo ph-ơng dọc.
Các cặp chân đế này đều đ-ợc bố trí các xilanh và hệ thống các cụm bánh xe để
tạo ra sự di chuyển của máy. Các xilanh nâng hạ máy có tác dụng để nâng, hạ máy
trong khi di chuyển và tạo sự cân bằng cho máy trong quá trình làm việc. Chúng
đ-ợc đặt trên hai chân đế nằm ngang của máy.
Giá ép 4 có cấu tạo khá phức tạp bao gồm các xilanh ép và các xilanh kẹp
cọc. Có hai bàn kẹp cọc gồm các xilanh kẹp và các bánh xe dẫn h-ớng. Mỗi bàn
kẹp gồm có bốn xilanh kẹp cọc đ-ợc định vị ngang (nằm ngang). Các xilanh kẹp

đều có các má kẹp để cố định cọc và tạo lực ma sát khi ép. Sự bố trí hai bàn kẹp
nhằm gúp cho việc định vị cọc chính xác và rút ngắn thời gian hạ cọc. Các xilanh
kẹp và xilanh ép đ-ợc bố trí ở các vị trí khác nhau. Các cặp xilanh ép chính và
xilanh ép phụ có thể làm việc đồng thời hoặc không đồng thời với nhau.
Gia trọng 8 là các khối thép đ-ợc đặt trên hai cạnh của hai dầm chính đẻ
tăng trọng l-ợng máy giúp cho máy ổn định và tăng lực ép khi ép cọc. Trên máy
còn có các thiết bị đo áp suất và đo chiều sâu cọc ép. Nhờ đó, không chỉ tăng tỷ lệ
ép cọc thành công so với các kỹ thuật hạ cọc sơ khai mà còn cho biết khả năng
chịu tải thực tế và vị trí chính xác của cọc. Trọng l-ợng bản thân máy là 520 tấn.
Có thể tăng khối l-ợng máy tối đa là 550 tấn nhờ tăng thêm các khối gia trọng, với
mục đích đạt tới tải trọng kiểm tra. Nhờ mối liên hệ trực tiếp giữa kết cấu và đồng
hồ đo áp lực dầu, cho phép sự kiểm tra trực tiếp và đo đ-ợc sức chịu tải của cọc vào
Nguyễn Văn Dũng


15 Đồ án tốt nghiệp
bất cứ thời điểm nào mà không cần sử dụng thêm bất cứ một đồng hồ đo áp lực nào
khác. Nếu cọc đ-ợc ép xuống đất với áp lực nằm trong khoảng mong muốn và thời
gian mong muốn thì việc kiểm tra ép cọc coi nh- hoàn thành. Máy sẽ kiểm tra khả
năng tải của cọc bằng tải trọng tĩnh. Khi không có giới hạn về độ cao máy có thể
ép đ-ợc những cọc có chiều dài khác nhau: 12m, 24m, 36m, hoặc dài hơn.
B QUá trình làm việc của máy ép.
1 - Quá trình làm việc của giá ép.
4
6
5
1
2
3
7


Hình 4 Kết cấu của giá ép
1-Xilanh ép cọc; 2-Xilanh kẹp cọc; 3-Gối cầu; 4-Bàn kẹp cọc chính;
5-Bánh xe dẫn h-ớng; 6-Bàn kẹp cọc phụ; 7-Má kẹp.
Giá ép bao gồm các xilanh ép chính, các xilanh ép phụ và các bàn kẹp cọc. Hệ
xilanh ép đ-ợc liên kết mềm (tự lựa) với các chân bàn kẹp cọc nhờ các gối tựa hình
Nguyễn Văn Dũng


16 Đồ án tốt nghiệp
cầu (khớp cầu). Nhờ vậy mà cho phép giữa chúng có góc lắc nhỏ đảm bảo cho toàn
bộ máy ở trạng thái cân bằng. Do đó với sự làm việc đồng thời và không đồng thời
của hai hệ xilanh ép chính và phụ thì các bàn kẹp này cũng có sự làm việc đồng
thời và không đồng thời
a - Ph-ơng pháp ép đồng thời.
Máy di chuyển tới vị trí cần ép cọc và hạ các chân đế xuống để ổn định máy.
Các xilanh ép cọc lúc này bắt đầu co lại nâng hai bàn kẹp lên vị trí cao nhất (hết
hành trình co của xilanh kẹp). Sau đó cọc đ-ợc cẩu vào khoảng giữa của các bàn
kẹp nhờ chính cần cẩu đ-ợc bố trí trên máy. Khi cọc đã đ-ợc đ-a vào trong đó và
đến lúc đầu d-ới của cọc chạm đất thì cả hai hệ thống bàn kẹp cùng làm việc,
chúng cùng kẹp cọc lại. Nh- vậy cọc luôn đ-ợc đảm bảo ép đúng vị trí cần thiết
bởi nguyên tắc Ba điểm xác định một đ-ờng thẳng . Nhờ vậy cọc luôn đ-ợc đảm
bảo độ thẳng đứng trong suốt quá trình ép.



Hình 5-Quá trình làm việc đồng thời của các xilanh ép.
Khi bắt đầu ép thì cả hai hệ xilanh ép chính và xilanh ép phụ sẽ đồng thời
đẩy ra và ép hai bàn kẹp cùng đi xuống. Khi hết hành trình của xilanh thì cả hai cơ
cấu bàn kẹp sẽ cùng nhả cọc ra và co lại. Các xialnh ép sẽ đ-a các bàn kẹp trở về vị

Nguyễn Văn Dũng


17 Đồ án tốt nghiệp
trí ban đầu và tiếp tục lặp lại quá trình kẹp cọc và ép cọc xuống. Các quá trình đó
cứ lặp đi lặp lại nh- trên và đó chính là sự làm việc đồng thời của hai hệ xilanh ép.
Trên thực tế thì không phải lúc nào cả hai hệ xilanh trên cũng làm việc đồng
thời nh- vậy. Do một số yêu cầu khác nhau và đảm bảo cho chất l-ợng cọc thì hai
hệ xilanh mới hoạt động đồng thời với nhau. Lực ép có thể đạt 500tấn hoặc cao
hơn nữa. Thông th-ờng chúng chỉ hoạt động cùng nhau tại thời điểm ban đầu để ép
cọc xuống xác định vị trí và sau khi quá trình ép không đồng thời kết thúc.
b - Ph-ơng pháp ép không đồng thời.
Với ph-ơng pháp ép không đồng thời thì quá trình ban đầu để ép cũng nh-
trong ph-ơng pháp ép đồng thời. Đó là khi bắt đầu ép thì cả hai hệ xilanh ép chính
và xilanh ép phụ sẽ đồng thời đẩy ra và ép hai bàn kẹp cùng đi xuống. Cho tới khi
cọc đã đ-ợc ép xuống một độ sâu xác định thì hai cơ cấu kẹp sẽ nhả cọc ra và di
chuyển tới khoảng giữa của phần cọc ở trong giá ép. Sau đó cơ cấu bàn kẹp d-ới sẽ
tiếp tục kẹp cọc lại và ép xuống, trong lúc đó cơ cấu bàn kẹp trên đi lên phía trên.
Nh- vậy cùng lúc cả cơ cấu d-ới và cơ cấu trên sẽ hết hành trình (cơ cấu d-ới hết
hành trình đẩy, cơ cấu trên hết hành trình co). Khi cơ cấu d-ới hết hành trình của
xilanh ép thì các xilanh kẹp cọc sẽ nhả cọc ra và di chuyển lên trên. Cùng lúc đó cơ
cấu kẹp cọc trên sẽ kẹp cọc lại và ép xuống d-ới. Khi cơ cấu trên hết hành trình thì
cũng là lúc cơ cấu d-ới di chuyển tới khoảng giữa của cọc. Quá trình đó lại đ-ợc
lặp đi lặp lại nh- vậy cho tới khi cọc đạt độ sâu yêu cầu, và cũng chính là sự làm
việc không đồng thời của hai hệ xilanh ép.
Nh- vậy với hoạt động không đồng thời của hai hệ xilanh ép nh- trên thì các
quá trình ép sẽ luân phiên nhau và giảm đ-ợc rất nhiều thời gian ép. Hơn nữa năng
suất trong quá trình ép không đồng thời cao hơn rất nhiều so với hoạt động của một
cơ cấu đơn.
Nguyễn Văn Dũng



18 Đồ án tốt nghiệp

Hình 6-Quá trình làm việc không đồng thời của các xilanh ép.
Có thể hiểu rằng ph-ơng pháp ép không đồng thời có thể đ-ợc cải tiến
để tăng năng suất bằng cách tăng số l-ợng cơ cấu kẹp lên (lớn hơn hai).
c - Quá trình ép cọc nghiêng.
Một đặc điểm khác của máy mà khiến nhiều ng-ời quan tâm đó là máy có
thể ép đ-ợc cọc nghiêng đến 5
o
. Quá trình ép cọc nghiêng này nhờ vào sự thay đổi
vị trí của thân máy. Thân máy có liên kết khớp với dầm chính của máy nhờ vào các
dầm ngang gắn trên thân.
Thực chất thân máy gắn đ-ợc trên các dầm chính là nhờ vào các dầm ngang
(trên thân) và các chốt hãm (gắn trên dầm chính ). Trên dầm chính có các rãnh để
cho thân máy có thể lắp vào và nhờ các chốt hãm mà thân máy ổn định đ-ợc khi
máy làm việc ở lực ép 500 tấn. Toàn bộ giá ép đ-ợc lắp cố định trên thân máy bởi
vậy khi ép cọc nghiêng thì toàn bộ thân máy sẽ đảm nhiệm việc làm cho giá ép
nghiêng đi 1 góc trong khoảng từ 0
o
đến 5
o
. Thân máy nghiêng đ-ợc nhờ vào việc
thay đổi vị trí của các dầm ngang khi lắp trên dầm. Nhờ hệ thống kích thủy lực
(không nằm trên máy) mà ng-ời ta có thể nâng hoặc hạ thân máy để thay đổi độ
nghiêng góc của thân máy. Để giữ đ-ợc vị trí nghiêng đó thì sử dụng các chốt hãm
Nguyễn Văn Dũng



19 Đồ án tốt nghiệp
tỳ lên dầm ngang của máy. Khi thân máy nghiêng đi thì toàn bộ giá ép cũng
nghiêng theo và tiến trình ép cọc nghiêng đ-ợc thực hiện.
1
2
3
4

Hình 7-Kết cấu của thân máy để ép cọc nghiêng.
1-Dầm chính; 2-Các chốt hãm; 3-Dầm ngang trên thân; 4-Thân máy.
Trọng l-ợng máy là 520 tấn trong khi chỉ cần ép lực ép lớn nhất là 500 tấn
để có thể đảm bảo sự ổn định máy khi ép cọc nghiêng. Trong quá trình ép cọc
nghiêng thì các cặp xilanh ép chính và ép phụ cũng có sự làm việc đồng thời và
không đồng thời nh- trong quá trình ép cọc thẳng.

2 Quá trình di chuyển của máy.
Sự di chuyển của máy đầu tiên phải kể đến quá trình làm việc của cơ cấu
nâng hạ máy. Cơ cấu nâng của máy bao gồm các xilanh nâng hạ máy 1 và các dầm
của máy. Các dầm của máy gồm có hai dầm chính và hai dầm phụ liên kết với
nhau. Hai đầu của hai dầm chính gắn với bốn xilanh, đầu của pittông nâng hạ 1
liên kết với bốn bánh xe di chuyển. Đó chính là hệ thống bánh xe để di chuyển
máy. Khi pittông 1 đẩy ra hoặc co vào thì thân máy sẽ đ-ợc nâng lên hay hạ
Nguyễn Văn Dũng


20 Đồ án tốt nghiệp
xuống. Hệ thống bánh xe đó đ-ợc chạy trên các tấm chân đế. Trong mỗi tấm chân
đế có một xilanh di chuyển (nằm theo chiều dọc) và dẫn động các bánh xe. Các
bánh xe di chuyển mang theo toàn bộ thân máy di chuyển theo. Các bánh xe chạy
trên các ray nằm trong các chân đế và có thể chạy trong chân đế để kéo chân đế

theo trong quá trình chuyển động. Các xilanh nằm dọc trong chân đế đ-ợc gắn
khớp với các bánh xe. Đầu của pittông có liên kết khớp với chân đế để di chuyển
máy và cũng để di chuyển chính chân đế.
a - Quá trình di chuyển theo chiều dọc.
Máy di chuyển theo chiều dọc nhờ hai cặp chân đế nằm dọc theo hai bên
máy. Các chân đế này bị hạn chế hành trình bởi hai chân đế nằm ngang. Hành
trình di chuyển theo chiều dọc máy là 0.8m. Đó cũng chính là hành trình của hai
xilanh nằm trong hai chân đế này. Khi bắt đầu di chuyển, đầu tiên các xilanh nâng
hạ máy co lại hết hành trình. Nh- vậy hai chân đế nằm ngang sẽ đ-ợc co lên theo
các xilanh nâng hạ.
1
2
3
4
5
6
7

Hình 8-Kết cấu của cơ cấu di chuyển dọc.
1-Xilanh di chuyển; 2-Chân đế; 3-Chốt liên kết xilanh;
4-Cụm bánh xe di chuyển; 5-Phần liên kết với khung chính;
6-Thanh liên kết hai cụm bánh xe; 7-Ray.
Nguyễn Văn Dũng


21 Đồ án tốt nghiệp
Lúc này các xilanh nằm trong các chân đế dọc sẽ hoạt động, chúng đẩy ra
hết hành trình của xilanh. Nh- vậy toàn bộ máy đ-ợc đẩy tới tr-ớc cùng với hai
chân đế ngang máy nhờ các cụm bánh xe di chuyển chạy trên các ray nằm trong
chân đế. Khi các xilanh dọc hết hành trình thì các xilanh nâng hạ bắt đầu đẩy ra và

từ từ hạ hai chân đế ngang xuống. Hai chân đế ngang chạm đất nh-ng các xilanh
nâng hạ vẫn ch-a dừng lại, chúng tiếp tục đẩy ra và hai chân đế dọc máy đ-ợc
nâng lên khỏi mặt đất. Lúc này các xilanh nâng hạ dừng lại, tiếp theo các xilanh
dọc trong chân đế sẽ co lại. Quá trình co lại này sẽ kéo theo các cụm bánh xe di
chuyển theo. Nh- vậy lúc này các chân đế dọc sẽ tr-ợt trên các cụm bánh xe di
chuyển và tiến về phía tr-ớc. Sau đó các xilanh nâng hạ lại co lại và bắt đầu một
b-ớc di chuyển mới. Quá trình này cứ lặp đi lặp lại và làm cho máy di chuyển đ-ợc
tới vị trí mong muốn theo chiều dọc (phía tr-ớc hoặc phía sau).
b - Quá trình di chuyển theo chiều ngang.
Quá trình di chuyển theo chiều ngang nhờ các xilanh nằm trong các chân đế
ngang. Các xilanh này có hành trình lớn hơn các xilanh dọc (3.6m). Quá trình di
chuyển theo chiều ngang này cũng t-ơng tự nh- trong quá trình di chuyển theo
chiều dọc máy. Khi bắt đầu chuyển dịch thì các xilanh nâng hạ thay vì co lại thì ở
đây sẽ đẩy ra hết hành trình để nâng hai chân đế nằm dọc lên.

Hình 9-Kết cấu của cơ cấu di chuyển ngang.
Nguyễn Văn Dũng


22 Đồ án tốt nghiệp
Sau đó các xilanh nằm dọc trong hai chân đế sẽ đẩy ra và đẩy toàn bộ thân
máy tiến tới tr-ớc cùng với hai chân đế dọc máy. Khi các xilanh trong chân đế hết
hành trình thì các xilanh nâng hạ sẽ co lại. Các xilanh nâng hạ co lại đến hết hành
trình co, nh- vậy hai chân đế ngang cũng sẽ đ-ợc nâng lên khỏi mặt đất. Lúc này
thì toàn bộ thân máy cùng với hai chân đế ngang sẽ đ-ợc đặt trên hai chân đế dọc.
Tiếp theo các xilanh nằm trong các chân đế sẽ co lại nh- vậy hai chân đế ngang sẽ
đ-ợc di chuyển tới phía tr-ớc. Quá trình cứ đ-ợc tiếp diễn nh- vậy cho tới lúc máy
di chuyển tới vị trí mong muốn.
Kết cấu của cơ cấu này cũng t-ơng tự nh- của cơ cấu di chuyển dọc. Chỉ
khác là các cụm bánh xe di chuyển ở đây đ-ợc liên kết khớp với các xilanh nâng

hạ máy và hệ xilanh có chiều dài lớn hơn. Hoạt động của cơ cấu này cũng nh- của
cơ cấu di chuyển dọc máy. Máy có thể di chuyển ngang (bên phải hoặc bên trái)
nh- ý muốn.















Nguyễn Văn Dũng


23 Đồ án tốt nghiệp
Phần hai
Tính toán thiết kế máy ép thủy lực 500 tấn

Ch-ơng I
tính toán cơ cấu ép cọc.
A - Tính xilanh kẹp cọc.
Quá trình ép cọc đ-ợc thực hiện tr-ớc tiên bởi sự làm việc của các bàn kẹp
cọc. Bàn kẹp cọc gồm có bốn xilanh kẹp đặt bố trí vuông góc với nhau. Do lực ép

cọc lớn nên yêu cầu các xilanh kẹp phải có lực kẹp t-ơng đ-ơng để có thể giữ đ-ợc
cọc trong suốt quá trình ép xuống đất.

1
2
4
5
3200
2300

2400
1600

6
7
3

Hình10 Cơ cấu kẹp cọc.
1-Xilanh kẹp cọc; 2-Bánh xe dẫn h-ớng;
3-Bàn kẹp; 4-Khớp cầu; 5-Cọc; 6-Má kẹp; 7-Ray.

1 - Các thông số yêu cầu.
- Hành trình xilanh :
Nguyễn Văn Dũng


24 Đồ án tốt nghiệp
Kích th-ớc của khoang trống giữa để hạ cọc vào là 85*85 cm. Cọc có kích
th-ớc nhỏ nhất là 30*30 cm. Theo kết cấu máy và kích th-ớc của lỗ trống ta có
hành trình xilanh là : h = 16 cm.

- Lực đẩy của xilanh :
Khi ép cọc với lực ép là 5000 KN thì sử dụng hai bàn kẹp để kẹp cọc và hai
cặp xilanh ép chính và ép phụ làm việc đồng thời. Khi ép với lực là 2500 KN thì
sử dụng một bàn kẹp và một cặp xilanh ép. Nh- vậy trong cả hai quá trình ép
trên thì các cặp xilanh đều chỉ làm việc ở lực ép 2500 KN. Để ép đ-ợc cọc thì
phải có đủ lực ma sát giữa cọc và các má kẹp. ở đây ta tính cho lực ép là
2500KN trong tr-ờng hợp sử dụng cọc thép.
- Hệ số ma sát giữa thép và thép : f
ms
= 0.17
- Ta có lực ma sát giữa đầu kẹp và cọc : F
ms
= F.f
ms
2500 KN
F : Lực kẹp của các xilanh (KN)


KN
f
F
F
ms
ms
4,14705
17.0
2500


- Ta chọn F = 15000 KN

Vậy ta có lực kẹp của một xilanh :

KN
F
F 3750
4
15000
4
1


Vì quá trình kẹp không yêu cầu về tốc độ nên ta chọn vận tốc của xilanh kẹp
là : v = 0,4
ph
m
.
áp lực dầu khi ép để đạt lực ép 5000 KN là : p = 20Mpa = 2
2
cm
KN
.
2 - Tính xilanh.
Nh- vậy theo các thông số đã chọn ở trên thì ta có :
Nguyễn Văn Dũng


25 Đồ án tốt nghiệp
- Đ-ờng kính làm việc (đ-ờng kính trong) của xilanh là :

p

F
D
xl
.
.4
1






cmD
xl
86,48
2.
3750.4



Chọn D
xl
= 50 (cm).
Chọn xilanh của ASHUN có : series HROE, đ-ờng kính xilanh
D=500(mm).
Xilanh chế tạo bằng thép carbon STKM 13A~C, áp suất làm việc từ
1MPa 21 MPa (10kg/cm
2
210kg/cm
2

). Nhiệt độ làm việc 30
0
-100
0
C.
Tốc độ hoạt động của xilanh Max : v = 500 mm/s.

750

600

420

460
580

85
90

Hình11 - Xilanh kẹp cọc.
Với tốc độ xilanh đã chọn ở trên thì ta có l-u l-ợng dẫn vào xilanh là :








ph

cm
v
D
Q
xl
3
2
2
2
2
04,6521210.4,0.
4
50.
10
4
.


Công suất yêu cầu của xilanh :

600
.pQ
N
xl

(KW).